DE10015739A1 - Klebstoff-Auftragvorrichtung - Google Patents

Abstract

Klebstoff-Auftragvorrichtung (100) zum Aufbringen von Klebstoff-Abstandshaltern auf eine durchlaufende Filtermaterialbahn (111), mit einer Mehrzahl von Auftrageinheiten (101A-C), die jeweils eine Dosiereinrichtung mit einer durch eine angetriebene Nadel (105) graduell verschließ- oder öffenbaren Düse (103) aufweisen, wobei als Antrieb für die Nadel jeweils ein Linearmotor (108) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klebstoff-Auftragvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Klebstoff-Auftragvorrichtung findet Anwendung bei der Herstellung eines Fluidfiltereinsatzes.

Bekannte Klebstoff-Auftragvorrichtungen umfassen eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Auftrageinheiten, mit denen durchgehende oder auch unterbrochene Klebstoffspuren auf eine Filtermaterialbahn gelegt werden können, die letztlich - nach einem Schritt des Faltens der Materialbahn längs vorgeprägter Faltenkanten - für einen mechanisch stabilen Zusammenhalt eines Filterpakets mit einer Vielzahl von Falten sorgen.

Aus der DE 298 07 580.6 ist eine Klebstoff-Auftragvorrichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, die den Auftrag von Klebstoff- Aggregaten mit in Längsrichtung der Filtermaterialbahn verän­ derlicher Höhe auf die Materialbahn ermöglicht. Hierdurch las­ sen sich Abstandshalter aus Klebstoff mit erheblicher Höhe rea­ lisieren, die ein entscheidendes Merkmal neuartiger Filter­ strukturen darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufge­ baute und zu steuernde und leicht zu wartende und daher kosten­ günstig zu erstellende und zu betreibende Klebstoff-Auftragvor­ richtung dieser Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine Klebstoff-Auftragvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung geht aus von Untersuchungen der Erfinder, wonach eine proportionale Steuerung einer Klebstoff-Auftrageinheit mit einer Düse und einem zugehörigen Dosierelement durch den sy­ stembedingt hohen Klebstoffdruck erschwert ist. Insbesondere sind bei herkömmlichen Auftrageinrichtungen hohe Antriebskräfte für das dem Systemdruck ausgesetzte Dosierelement erforderlich und die Einrichtungen werden insgesamt voluminös, schwer und teuer. Die Erfindung schließt daher den wesentlichen Gedanken ein, durch eine geeignete Maßnahme den in Betätigungsrichtung des Dosierelementes effektiv wirkenden Systemdruck wesentlich zu reduzieren und damit auch eine Verringerung der benötigten An­ triebskraft zu erreichen. Dies gelingt durch das Vorsehen eines sehr kleinen Keil- oder Konuswinkels am Dosierelement in Bezug auf die benachbarte Wandung der Düse. Hierdurch wird eine prä­ zise und exakt reproduzierbare Steuerung des Hubes des Dosier­ elementes mit geringer Antriebskraft möglich, und es können kleine, leichte und kostengünstige Antriebe eingesetzt werden.

Vorteilhaft ist insbesondere der Einsatz einer Nadel mit koni­ schem Endabschnitt mit sehr kleinem Kegelwinkel in einer zylin­ drischen Düse. Durch den sehr kleinen Kegelwinkel wird die durch den Systemdruck am Nadelumfang bewirkte Rückstellkraft in axialer Richtung der Nadel effektiv wesentlich reduziert, so daß sie in den Bereich der mit dem Linearmotor realisierbaren Antriebskraft kommt.

Der in einer vorteilhaften Fortbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagene Linearmotorantrieb ist kompakt und leicht steu­ er- und justierbar, kann jedoch nur eine begrenzte Antriebs­ kraft erzeugen. Sein Einsatz in der gattungsgemäßen Klebstoff- Auftragvorrichtung ist daher abhängig von den oben erwähnten Maßnahmen, die eine wesentliche Reduzierung des auf die ange­ triebene Nadel ausgeübten Systemdrucks bewirken.

Die Linearmotoren sind bevorzugt selbstjustierend ausgeführt, d. h. sie nehmen beim Einschalten selbsttätig ihre Ruhestellung ein. Durch das Vorsehen einer die Nadel in Schließstellung vor­ spannenden Feder, gegen die der Linearmotor arbeitet, wird ein periodischer, nicht-permanenter Betrieb des Linearmotors ermög­ licht.

Die Auftrageinheiten sind gemäß einem weiteren grundlegenden Gedanken der Erfindung nicht als völlig selbständige Module mit jeweils eigener Klebstoffzuleitung ausgeführt, sondern in be­ sonders robuster und wartungsfreundlicher Art und Weise an ei­ nen die Filtermaterialbahn überspannenden Düsenbalken ange­ schraubt, in dessen Innerem ein durchgehender Klebstoffkanal verläuft. An die Unterseite dieses Balkens sind die einzelnen Düsen und an die Oberseite die Antriebseinheiten (Linearmoto­ ren) angeschraubt, und die Nadeln aller Auftrageinheiten gehen durch den Düsenbalken in Höhenrichtung hindurch.

Eine gemeinsame Steuereinrichtung für die Auftrageinheiten gibt im wesentlichen übereinstimmende Verfahrkurven für die Nadeln (d. h. in der bevorzugten Ausführung für die Linearmotoren) vor. Die Gestalt dieser Verfahrkurven wird nach dem gewünschten Höhenprofil der Klebstoff-Abstandshalter eingestellt. In einer bevorzugten Ausführung umfaßt sie - in zur Lage einer Falten­ kante symmetrischer Anordnung - einen längeren Abschnitt gerin­ gen Anstiegs, gefolgt von einem kurzen Abschnitt steilen An­ stiegs, woran sich ein kurzer Abschnitt steilen Abfalls und dann ein längerer Abschnitt flachen Abfalls symetrisch an­ schließen.

Die Steuereinrichtung verfügt zweckmäßigerweise über Mittel zur Feinjustierung der Verfahrkurven der einzelnen Linearmotoren, um Fertigungs- sowie Montagetoleranzen der einzelnen Auftrage­ inheiten ausgleichen zu können.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb­ rigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei­ bung bevorzugter Aspekte der Ausführung der Erfindung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze (Längsschnittdarstellung) einer Nadel-Düse-Anordnung einer Klebstoff- Auftragvorrichtung nach einer Ausführungsform der Er­ findung, und

Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Mo­ duls einer Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist in einer (nicht maßstäblichen) Ausschnittdarstel­ lung ein funktionsentscheidender Bereich einer Nadel-Düse- Anordnung 1 zum Auftragen eines Heißklebers auf ein Fluidfil­ termaterial mit zeitlich veränderlicher Auftragmenge darge­ stellt. Die Nadel-Düse-Anordnung 1 umfaßt eine kegelförmige Klebstoff-Auftragdüse 3 und eine längs deren Mittenachse A ver­ schiebliche Dosiernadel 5. In Abhängigkeit von ihrer axialen Stellung verschließt die Dosiernadel 5 einen Fließkanal 7, der ein Klebstoffreservoir 9 im Inneren der Klebstoff-Auftragdüse 3 mit dem Außenraum verbindet, mehr oder weniger vollständig. Hierdurch wird die in Öffnungsstellung austretende und auf ein unter der Klebstoff-Auftragdüse 3 entlang bewegte Filtermate­ rialbahn 11 aufgetragene Klebstoffmenge pro Zeiteinheit gesteu­ ert.

Der Fließkanal 7 hat zylindrische Gestalt und beispielsweise einen Durchmesser von 0,8 mm. Die Dosiernadel 5 hat ein zylin­ drisches Oberteil 5.1 mit einem den Durchmesser des Fließkanals übersteigenden Durchmesser von beispielsweise 2 mm. An dieses Oberteil 5.1 schließt sich ein ebenfalls zylinderisches Mittel­ teil 5.2 mit einem an den Querschnitt des Fließkanals 7 ange­ paßten Durchmesser, im Beispiel also geringfügig weniger als 0,8 mm, an. An das zylindrische Mittelteil 5.2 schließt sich nach unten hin ein konischer Dosierabschnitt 5.3 mit einem (in der Figur überhöht dargestellten) Kegelwinkel zwischen 0,5° bis 1° an, und das Ende der Dosiernadel 5 bildet eine Kegelspitze 5.4. Der sehr kleine Konuswinkel sichert im übrigen - und pri­ mär - eine sehr feine Dosierbarkeit des Klebstoffauftrages, oh­ ne daß an die Positioniergenauigkeit des Antriebes unerfüllbare Anforderungen gerichtet werden müßten.

In der untersten Stellung der Dosiernadel 5, die in Fig. 1 dar­ gestellt ist, berührt das zylindrische Oberteil 5.1 auf einer Kreislinie die Innenwandung der Klebstoff-Auftragdüse 3 und schließt das unter Systemdruck (beispielsweise ca. 100 bar) stehende Klebstoffreservoir 9 nach unten ab. Der Fließkanal 7 steht also in dieser Stellung nicht unter Systemdruck, und es kann kein Klebstoff austreten. Da die Wandung des zylindrischen Oberteils parallel zur Düsenlängsachse A verläuft, übt der Klebstoff im Klebstoffreservoir 9 keine vertikal gerichtete Kraft auf die Dosiernadel 5 aus, so daß diese mit einer sehr geringen Haltekraft in der geschlossenen Stellung gehalten wer­ den kann.

Bei einem Anheben der Dosiernadel 5 in axialer Richtung (durch eine weiter unten an einem Beispiel genauer beschriebene An­ triebseinheit) wird zum einen die kreisförmige Unterkante des zylindrischen Oberteils 5.1 von der kegelförmig verlaufenden Innenwandung der Klebstoff-Auftragdüse entfernt und der gesamte Düseninnenraum bis zum Fließkanal 7 unter Systemdruck gestellt. Zugleich wird mit zunehmender Höhe der Dosiernadel 5 ein zuneh­ mend breiter Ringspalt zwischen der Außenwandung des Dosierab­ schnitts 5.3 und der Innenwandung des Fließkanals 7 freigege­ ben, durch den Klebstoff aus dem Klebstoffreservoir 9 hindurch und auf die Filtermaterialbahn 11 austritt. In diesem Zustand stehen mit der kreisringförmigen Stirnseite des zylindrischen Oberteils 5.1 und der konischen Wandlerfläche des Dosierab­ schnitts 5.3 auch zwei nicht zur Längsachse A parallele Flächen der Dosiernadel 5 unter Systemdruck, wodurch sich einer in Richtung der Längsachse A nach oben gerichtete Kraft aufbaut, die durch die Stellkraft des Antriebes der Dosiernadel kompen­ siert werden muß, um eine wirksame Steuerung zu realisieren.

Durch die vorgeschlagene Geometrie mit relativ dünnem Nade­ loberteil 5.1 und kleinem Konuswinkel des Dosierabschnitts 5.3 im Fließkanal 7 wird die Kraftwirkung jedoch vergleichsweise gering gehalten, so daß auch bei hohem Systemdruck ein Antrieb mit geringer Stellkraft eingesetzt werden kann.

In Fig. 2 ist schematisch eine Klebstoff-Auftragvorrichtung 100 dargestellt, bei der eine Mehrzahl von Nadel-Düse-Anordnungen der in Fig. 1 skizzierten Art in sogenannten Auftragmodulen 101A-101C Anwendung findet. Die Figur zeigt in einer Aus­ schnittsdarstellung drei derartige Module (davon eines in einer Schnittdarstellung); in der Praxis umfaßt eine Klebstoff- Auftragvorrichtung jedoch eine größere Anzahl derartiger Modu­ le.

Die Module 101A-101C sind an einem zugleich als die Filterma­ terialbahn 111 überspannender Träger und gemeinsames Kleb­ stoffreservoir fungierenden Düsenbalken 102 montiert, der über eine Klebstoffzuleitung 104 mit einer Anlage zur Bereitstellung von Heiß- bzw. Schaumkleber verbunden ist. Jedes Klebstoff- Auftragmodul weist - wie an der Querschnittsdarstellung des Auftragmoduls 101B deutlich wird und in Fig. 1 genauer darge­ stellt ist - eine Klebstoff-Austragdüse 103 mit einem Fließka­ nal 107, einer Dosiernadel 105 und ein Klebstoffreservoir 109 auf, das durch den Düseninnenraum zusammen mit einem durchge­ henden Klebstoffkanal im Düsenbalken 102 gebildet ist. Die Klebstoff-Auftragdüsen 103 sind an der Oberseite des Düsenbal­ kens 102 mit einer (hier nicht genauer dargestellten) Dich­ tungs-Überwurfmutter-Anordnung verschlossen.

Oberhalb des Düsenbalkens 102 ist jeweils ein Linearmotor- Antrieb 108 in Ausrichtung mit der Längsachse A der Auftragdüse vorgesehen, mit dessen Läufer 108a die Dosiernadel 105 fest verbunden ist. Durch Ansteuerung des Linearmotors 108 mit einem in Abhängigkeit von der gewünschten Klebstoffdosierung bestimm­ ten Ansteuersignal wird die Dosiernadel 105 um vorbestimmte Verschiebungsbeträge angehoben bzw. abgesenkt und damit eine präzise vorbestimmte Klebstoffmenge pro Zeiteinheit auf das un­ ter dem Düsenbalken 102 durchlaufende Filtermaterial 111 aufge­ tragen. Die Antriebseinheiten 108 sind in Haltern 110 fixiert, welche ihrerseits mit einer eingefügten Wärmeisolierung 112 (auf hier nicht näher bezeichnende Weise) am Düsenbalken 102 befestigt sind. Den Läufer-Dosiernadel/Einheiten 108a/105 ist jeweils eine (hier nur symbolisch dargestellte) Druckfederein­ richtung 108b zum Vorspannen der Dosiernadel 105 in Schließ­ stellung der Nadel-Düsen-Anordnung zugeordnet, gegen die je­ weils der Linearmotor 108 arbeitet.

Der beschriebene Aufbau der Klebstoff-Auftragvorrichtung aus einem Düsenbalken und in diese eingefügten Modulen, die einen Klebstoffkanal im Düsenbalken als gemeinsames Reservoir und den Düsenbalken selbst zugleich als integrales Konstruktionselement nutzen, ist besonders materialsparend und kostengünstig.

Als Antriebe werden bevorzugt handelsübliche Linearmotoren mit integriertem Wegmeßsystem auf Permanentmagnet-Basis eingesetzt, die sich selbstätig in Nullstellung justieren. Diesen ist (was in der Figur nicht dargestellt ist) eine gemeinsame Steuerein­ heit zugeordnet, in der eine vorbestimmte Verfahrkurve für die Läufereinheiten (und damit die Dosiernadeln) entsprechend einem gewünschten Klebstoff-Auftragprofil gespeichert ist. In dieser Steuereinheit sind auch elektronische Einstellmittel zur Fein­ justierung der Verfahrkurven der einzelnen Linearmotoren zum Ausgleich von Exemplarstreuungen vorgesehen.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebe­ nen konkreten Beispiele beschränkt, sondern ebenso in Abwand­ lungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen und beispielsweise die konkrete Form der Düsen sowie des Düsen­ balkens und die spezielle Ausführung der Linearmotor-Antriebe betreffen können.

Bezugszeichenliste

1

Nadel-Düse-Anordnung

3

;

103

Klebstoff-Austragdüse

5

;

105

Dosiernadel

5.1

zylindrisches Oberteil

5.2

zylindrisches Mittelteil

5.3

Dosierabschnitt

5.4

Kegelspitze

7

;

107

Fließkanal

9

;

109

Klebstoffreservoir

11

;

111

Filtermaterialbahn

100

Klebstoff-Auftragvorrichtung

101

A,

101

B,

101

C Klebstoff-Auftragmodul

102

Düsenbalken

104

Klebstoffzuleitung

106

Dichtungs-Überwurfmutter-Anordnung

108

Linearmotor-Antrieb

108

a Läufer

108

b Druckfedereinrichtung

110

Halter

112

Wärmeisolierung
A Düsenlängsachse

Claims (10)

1. Klebstoff-Auftragvorrichtung (100) zum Aufbringen von Kle­ bestoff-Abstandshaltern auf eine durchlaufende Filtermate­ rialbahn (111),
mit einer Mehrzahl von gleichartigen, in Breitenrichtung der Filtermaterialbahn nebeneinander angeordneten Auf­ trageinheiten (101A-C), die jeweils eine Dosiereinrichtung (1; 103; 105) zur derartigen Einstellung der pro Zeitein­ heit ausgetragenen Klebstoffmenge aufweisen, daß die Auf­ trageinheiten mit durch eine Dosierzykluszeit definierter Periodizität im wesentlichen identische Klebstoffaggregate mit vorbestimmten Höhenanstieg oder Höhenunterschied in Längsrichtung der Filtermaterialbahn erzeugen, wobei die Dosiereinrichtungen jeweils eine durch eine an­ getriebene Nadel (5; 105) graduell verschließ- oder öffen­ bare Düse (3; 103) auffassen,
dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für die Nadel jeweils ein Linearmotor (108) vorgesehen ist, der eine lineare Anordnung von Permanent­ magneten aufweist.

2. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearmotoren (108) bezüglich ihrer Ruhestellung selbstjustierend ausgeführt sind.

3. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtungen jeweils eine die Nadel (105) in Schließstellung vorspannende Federeinrichtung (108b), ins­ besondere Druckfeder, aufweisen, gegen die die Linearmoto­ ren (108) mit periodischer Ansteuerung arbeiten.

4. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Linearmotoren (108) aller Auftrageinheiten (101A-C) eine gemeinsame Steuereinrichtung zur für alle Auftragein­ heiten im wesentlichen gleichlaufenden zeitabhängigen Ein­ stellung der ausgetragenen Klebstoffmenge zugeordnet ist, in der eine vorbestimmte Verfahrkurve für die Linearmoto­ ren gespeichert ist.

5. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Mittel zur Feinjustierung der Ver­ fahrkurven der einzelnen Linearmotoren aufweist.

6. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragmodule (101A-C) an einem über die Breite der Filtermaterialbahn reichenden Düsenbalken (102) angebracht sind, der einen durchgehenden und mit den Dosiereinrich­ tungen aller Auftrageinheiten verbundenen Klebstoffkanal (109) aufweist.

7. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (5; 105) durch den Linearmotor (108) mit einem Hub im Bereich bis zu 5 mm verfahrbar ist.

8. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor gemäß einer nicht linearen Verfahrkurve angesteuert wird, welche insbesondere im symmetrischer An­ ordnung einen langen Bereich kleinen Anstiegs mit einem anschließenden kurzen Bereich hohen Anstiegs, gefolgt von einem kurzen Bereich starken Abfalls und einem anschlie­ ßenden langen Bereich schwachen Abfalls aufweist.

9. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) einen im wesentlichen zylindrischen Aus­ trittabschnitt (7) aufweist und der dem Austrittsabschnitt zugeordneten Nadelabschnitt (5.3) geringfügig konisch mit einem Kegelwinkel von unter 5°, insbesondere im Bereich zwischen 0,5° und 2°, ausgeführt ist.

10. Klebstoff-Auftragvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel einen Dosierabschnitt (5.3) mit einem Durchmes­ ser im Bereich zwischen 0,5 und 1,0 mm und einen Trägerab­ schnitt (5.1) mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 1,5 und 3,0 aufweist.